基于動(dòng)態(tài)窗口的輸水隧洞水下檢測方法及其檢測機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動(dòng)態(tài)窗口的輸水隧洞水下檢測方法及其檢測機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水資源的日益匱乏，越來越多的地方通過建設(shè)輸水隧洞實(shí)現(xiàn)河水的灌溉，并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。但是由于輸水隧洞常年累月裸露在空氣中，容易受到風(fēng)蝕等自然因素的侵蝕，時(shí)間長了容易造成輸水隧洞的洞壁開裂，嚴(yán)重影響著輸水的安全性，例如發(fā)生地震之后，輸水隧洞的水面以上洞壁可以觀察到裂縫并進(jìn)行檢修，但對于長時(shí)間浸泡在水下的洞壁，一旦產(chǎn)生裂縫之后容易受到水流的侵蝕。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的檢修人員通常采用人工下水檢測洞壁的裂縫，由于水下光線不好，對洞壁的檢測效果不好，因此人們開始采用水下機(jī)器人進(jìn)行檢測，然而由于水下的水流湍急不一，對機(jī)器人的操作要求較高，而且容易消耗水下機(jī)器人的能量，嚴(yán)重影響水下檢測的連續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足，提供一種基于動(dòng)態(tài)窗口的輸水隧洞水下檢測方法及其檢測機(jī)器人，不僅有效提高了輸水隧洞的檢測效果和檢測質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，而且有效延長了檢測機(jī)器人的續(xù)航和檢測能力，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]基于動(dòng)態(tài)窗口的輸水隧洞水下檢測方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007](I)輸水隧洞水下初始檢測
[0008]I)將檢測機(jī)器人放入輸水隧洞中，使檢測機(jī)器人快速下潛至目標(biāo)深度，在接近目標(biāo)深度30cm處進(jìn)行減速，然后對輸水隧洞進(jìn)行初始識(shí)別，得到隧洞洞壁的特征曲線，當(dāng)連續(xù)的圖像識(shí)別的洞壁壁面中心線之間偏差小于5mm，則確定檢測機(jī)器人已經(jīng)檢測到裂縫位置，并將檢測機(jī)器人穩(wěn)定的停留在檢測的起始位置，防止發(fā)生錯(cuò)位而影響最終的圖像合成；
[0009]2)然后利用序列洞壁圖像間的特征變化特點(diǎn)建立動(dòng)態(tài)窗口限制檢測區(qū)域，限制檢測區(qū)域的大小以裂縫最長距離為長邊，裂縫上下高度差為短邊的矩形狀區(qū)域，在進(jìn)行檢測的過程中，控制檢測機(jī)器人的速度為0.5m/min ;
[0010]3)接著將檢測機(jī)器人垂直隧洞洞壁停置，保持檢測機(jī)器人與隧洞洞壁之間的距離，該距離的長度以顯示屏幕上的畫面看清楚為止，通過水面控制臺(tái)檢測洞壁的裂縫，然后控制檢測機(jī)器人沿著裂縫橫向移動(dòng)，并隨時(shí)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)窗口的跨度，使圖像保持清晰；
[0011 ] (2)輸水隧洞水下跟蹤檢測；
[0012]I)根據(jù)限制檢測區(qū)域的位置，在限制檢測區(qū)域的上下兩側(cè)分別建立相應(yīng)面積大小的檢測區(qū)域，使隧洞洞壁形成格子片狀的檢測區(qū)域，不僅可以防止細(xì)小裂縫的疏漏，保持最終圖像的完整性，而且可以有效提高檢測效率，通過檢測機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集層、圖像處理層、解釋層和環(huán)境理解層將信號(hào)傳遞至水面控制臺(tái)，數(shù)據(jù)采集層可以通過圖像采集卡為系統(tǒng)提供圖像數(shù)據(jù)，圖像處理層可以進(jìn)行圖像預(yù)處理和圖像分割，提高了系統(tǒng)處理的速度和實(shí)時(shí)性，解釋層可以對洞壁裂縫進(jìn)行識(shí)別，在圖像進(jìn)行分割后，利用輪廓提取對圖像進(jìn)行擬合，得到相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，環(huán)境理解層可以對行駛環(huán)境做出及時(shí)可靠的參數(shù)分析和判斷；
[0013]2)將檢測機(jī)器人移動(dòng)至第一塊限制檢測區(qū)域，根據(jù)⑴輸水隧洞水下初始檢測的過程進(jìn)行檢測，當(dāng)?shù)谝粔K限制檢測區(qū)域檢測完畢后，將檢測機(jī)器人移動(dòng)至下一塊檢測區(qū)域，按上述操作步驟直至最后一塊限制檢測區(qū)域檢測完畢；
[0014]3)最后將上述得到的每張限制檢測區(qū)域的圖像進(jìn)行拼接，即可得到輸水隧洞洞壁的整體裂縫分布圖。
[0015]由于識(shí)別的原始隧洞洞壁圖像中包含大量噪聲和虛假信息，并且圖像存在強(qiáng)烈的灰度不均，同時(shí)由于光照條件不同，使得圖像上的邊界寬窄不同，因此通過動(dòng)態(tài)窗口便能夠?qū)⑺矶炊幢谏系牧芽p邊界區(qū)域與其他干擾區(qū)別開來，提高了檢測的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
[0016]進(jìn)一步，解釋層包括輪廓提取、數(shù)字形態(tài)處理、圖像擬合和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)更新，輪廓提取的輸入端口連接分割圖像，輪廓輸出端口連接數(shù)字形態(tài)處理，數(shù)字形態(tài)處理的輸入端口連接有圖像膨脹和圖像腐蝕，數(shù)字形態(tài)處理輸出端口連接圖像擬合，圖像擬合的輸出端口連接數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)更新，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)更新的輸出端連接信息輸出。
[0017]進(jìn)一步，環(huán)境解釋層包括攝像頭視覺系統(tǒng)模型，攝像頭視覺系統(tǒng)模型的輸入端口依次連接有AUV姿態(tài)信息、圖像信息、攝像頭標(biāo)定和攝像頭安裝位置，攝像頭視覺系統(tǒng)模型的輸出端口連接信息輸出。
[0018]用于上述的一種基于動(dòng)態(tài)窗口的輸水隧洞水下檢測方法的檢測機(jī)器人，其特征在于:檢測機(jī)器人包括機(jī)體、紅外攝像頭、升降推進(jìn)器、水平推進(jìn)器、主推進(jìn)器和導(dǎo)向尾翼，機(jī)體的前后兩端分別設(shè)置有前端蓋和后端蓋，前端蓋上設(shè)置有玻璃罩，玻璃罩內(nèi)設(shè)置有紅外攝像頭，后端蓋內(nèi)設(shè)置有主推進(jìn)器，機(jī)體的左右兩側(cè)均設(shè)置有升降推進(jìn)器，升降推進(jìn)器的側(cè)邊上設(shè)置有水平推進(jìn)器，水平推進(jìn)器通過第二懸臂連接升降推進(jìn)器，水平推進(jìn)器與升降推進(jìn)器相互垂直，機(jī)體的頂面上設(shè)置有吊裝架，吊裝架通過固定片固定連接在機(jī)體上，導(dǎo)向尾翼位于靠近后端蓋的一側(cè)，機(jī)體內(nèi)設(shè)置有主蓄電池和控制面板，機(jī)體的側(cè)面上設(shè)置有伸縮扣板和水平水翼，機(jī)體的底部兩側(cè)均設(shè)置有柱形支架，柱形支架的前后兩端分別設(shè)置有第一緩沖層和第二緩沖層，第一緩沖層內(nèi)設(shè)置有水平感應(yīng)器，柱形支架內(nèi)設(shè)置有輔助電池，輔助電池與第一緩沖層之間設(shè)置有第一進(jìn)排水腔，輔助電池與第二緩沖層之間設(shè)置有第二進(jìn)排水腔，第一進(jìn)排水腔和第二進(jìn)排水腔的側(cè)面上均設(shè)置有進(jìn)排水孔，輔助電池的兩側(cè)設(shè)置有深度感應(yīng)器；玻璃罩可以有效起到保護(hù)紅外攝像頭的作用，防止紅外攝像頭損壞而影響正常的檢測，主推進(jìn)器可以加速檢測機(jī)器人前進(jìn)或后退，縮短檢測時(shí)間，當(dāng)發(fā)生意外時(shí)可以加速離開檢測區(qū)域，提高了安全性，水平推進(jìn)器和升降推進(jìn)器可以實(shí)現(xiàn)在檢測洞壁的過程中，使檢測機(jī)器人保持較慢的速度前進(jìn)和升降，降低紅外攝像頭的抖動(dòng)，提高了畫面拍攝的清晰度，同時(shí)升降推進(jìn)器可以轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足檢測機(jī)器人的橫向移動(dòng)，提高了檢測的靈活性，吊裝架可以滿足檢測機(jī)器人在水下航行器的帶動(dòng)下前進(jìn)，適合深水域和遠(yuǎn)距離的水下檢測，柱形支架不僅可以方便檢測機(jī)器人停留在河床底部，而且可以通過進(jìn)水和排水穩(wěn)定檢測機(jī)器人，防止檢測機(jī)器人在進(jìn)行檢測的過程中發(fā)生晃動(dòng)，導(dǎo)向尾翼可以使檢測機(jī)器人能在水下自如地轉(zhuǎn)彎，防止檢測機(jī)器人撞擊河床底部的基石或洞壁。
[0019]進(jìn)一步，主推進(jìn)器包括電機(jī)和推進(jìn)葉片，推進(jìn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)連接在電機(jī)上，電機(jī)可以單獨(dú)控制推進(jìn)葉片，在檢測機(jī)器人剩下的電量不多時(shí)，可以加速檢測機(jī)器人離開水底，在惡劣的環(huán)境下可以加速檢測機(jī)器人離開檢測區(qū)域，提高了安全性。
[0020]進(jìn)一步，升降推進(jìn)器連接在第一懸臂上，第一懸臂通過支撐桿連接機(jī)體，支撐桿的端部設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接第一懸臂，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)置有限位塊，可以使升降推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)檢測機(jī)器人橫向移動(dòng)，便于對洞壁進(jìn)行檢測工作。
[0021]進(jìn)一步，機(jī)體的頂面上設(shè)置有探照燈，探照燈位于靠近前端蓋的一側(cè)，探照燈可以有效地對檢測位置進(jìn)行照明，使紅外攝像頭拍攝的圖像更清晰。
[0022]進(jìn)一步，伸縮扣板包括定位板、第一框架和第二框架，定位板固定連接在第一框架的一側(cè)，第二框架位于第二框架的底部，第二框架的頂面上設(shè)置有限位槽，第一框架的底部設(shè)置有限位條，限位條與限位槽相匹配，伸縮連接的第一框架和第二框架可以減小空間的占用，不影響升降推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]進(jìn)一步，第一框架和第二